In breve: I segnali del mondo reale sono analogici, ma i computer lavorano con valori digitali. La conversione AD e DA permette di collegare questi due mondi.
Cosa è un segnale
Un segnale è una grandezza che porta un'informazione nel tempo. La temperatura di una stanza è un esempio comune.
Esistono due grandi famiglie di segnali. I segnali analogici variano in modo continuo, come la lancetta di un tachimetro. I segnali digitali assumono solo valori discreti, di solito 0 e 1.
I sensori del mondo fisico producono quasi sempre segnali analogici. I microcontrollori e i computer, invece, elaborano solo segnali digitali.
Il trattamento dei segnali
Prima di essere usato, un segnale spesso va preparato. Questa fase si chiama condizionamento.
Il condizionamento può comprendere più passaggi. Si amplifica il segnale se è troppo debole. Si filtrano i disturbi e i rumori indesiderati. Si adatta il livello di tensione all'ingresso del convertitore.
Solo dopo questa preparazione il segnale può essere convertito in forma digitale. Un segnale rumoroso o fuori scala produrrebbe una conversione errata.
La conversione Analogico-Digitale (AD)
Il convertitore AD trasforma un segnale continuo in numeri. Il processo avviene in tre fasi principali.
La prima fase è il campionamento. Si leggono i valori del segnale a intervalli regolari di tempo. La seconda fase è la quantizzazione. Ogni valore letto viene approssimato a un livello disponibile. La terza fase è la codifica. Il livello viene rappresentato con un numero binario.
Più bit usa il convertitore, più precisa è la rappresentazione. Un esempio quotidiano è la registrazione vocale sullo smartphone.
La conversione Digitale-Analogica (DA)
Il convertitore DA fa il percorso inverso. Trasforma numeri binari in una tensione analogica.
Questa conversione serve quando il sistema deve agire sul mondo fisico. Ad esempio, per pilotare un motore o per riprodurre la musica da un file. L'altoparlante del telefono riceve un segnale analogico generato da un DA.
Esempi pratici
Un termostato legge la temperatura con un sensore analogico. Un convertitore AD trasforma la tensione in un numero. Il microcontrollore confronta il numero con la soglia impostata.
In un impianto automatico, il PLC calcola il comando per una valvola proporzionale. Un convertitore DA trasforma il numero in tensione. La valvola apre o chiude in modo graduale.
Parole difficili
- Analogico: segnale che varia in modo continuo nel tempo.
- Digitale: segnale formato da valori discreti, di solito 0 e 1.
- Campionamento: lettura del segnale a intervalli regolari di tempo.
- Quantizzazione: approssimazione di un valore al livello disponibile più vicino.
- Bit: unità minima di informazione digitale, vale 0 oppure 1.
- Condizionamento: insieme di operazioni che preparano il segnale alla conversione.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.sistemi-e-automazione.cl3.segnali-conversione.01